الموجات في البلازما

في فيزياء البلازما ، تُعدّ الموجات في البلازما مجموعة مترابطة من الجسيمات والمجالات التي تنتشر بشكل دوري متكرر. البلازما سائل شبه متعادل موصل للكهرباء . في أبسط حالاتها، تتكون من إلكترونات ونوع واحد من الأيونات الموجبة، ولكنها قد تحتوي أيضًا على أنواع متعددة من الأيونات، بما في ذلك الأيونات السالبة ، بالإضافة إلى الجسيمات المتعادلة. وبسبب موصليتها الكهربائية ، تتفاعل البلازما مع المجالات الكهربائية والمغناطيسية . يدعم هذا التركيب المعقد من الجسيمات والمجالات مجموعة واسعة من الظواهر الموجية .

يُفترض أن الحقول الكهرومغناطيسية في البلازما تتكون من جزأين: جزء ساكن/متوازن، وجزء متذبذب/مضطرب. ويمكن تصنيف الموجات في البلازما إلى كهرومغناطيسية أو كهروستاتيكية بناءً على وجود مجال مغناطيسي متذبذب من عدمه. وبتطبيق قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي على الموجات المستوية ، نجد${\displaystyle \mathbf {k} \times {\tilde {\mathbf {E} }}=\omega {\tilde {\mathbf {B} }}}$وهذا يعني أن الموجة الكهروستاتيكية يجب أن تكون طولية بحتة . أما الموجة الكهرومغناطيسية، على النقيض من ذلك، فيجب أن يكون لها مركبة عرضية ، ولكنها قد تكون طولية جزئياً أيضاً.

يمكن تصنيف الموجات بشكلٍ أدقّ حسب نوع الجسيمات المتذبذبة. في معظم أنواع البلازما ذات الأهمية، تكون درجة حرارة الإلكترونات مساوية أو أعلى من درجة حرارة الأيونات. هذه الحقيقة، بالإضافة إلى الكتلة الأصغر بكثير للإلكترونات، تعني أن الإلكترونات تتحرك بسرعة أكبر بكثير من الأيونات. يعتمد نمط الإلكترونات على كتلتها، ولكن يُفترض أن الأيونات عديمة الكتلة، أي ثابتة. يعتمد نمط الأيونات على كتلتها، ولكن يُفترض أن الإلكترونات عديمة الكتلة وتُعيد توزيع نفسها لحظيًا وفقًا لعلاقة بولتزمان . نادرًا ما يعتمد النمط على كلٍّ من كتلة الإلكترونات والأيونات، كما في التذبذب الهجين الأدنى .

يمكن تصنيف الأنماط المختلفة أيضًا وفقًا لما إذا كانت تنتشر في بلازما غير ممغنطة أو موازية أو عمودية أو مائلة للمجال المغناطيسي الثابت. أخيرًا، بالنسبة لموجات الإلكترون الكهرومغناطيسية العمودية، يمكن أن يكون المجال الكهربائي المضطرب موازيًا أو عموديًا على المجال المغناطيسي الثابت.

ملخص الموجات البلازمية الأولية

حرف EM	الأنواع المتذبذبة	شروط	علاقة التشتت	اسم
الكهروستاتيكي	الإلكترونات	${\displaystyle \mathbf {B} _{0}=0}$أو${\displaystyle \mathbf {k} \parallel \mathbf {B} _{0}}$	${\displaystyle \omega ^{2}=\omega _{p}^{2}+3k^{2}v_{\text{th}}^{2}}$	تذبذب البلازما (أو موجة لانغمير)
		${\displaystyle \mathbf {k} \perp \mathbf {B} _{0}}$	${\displaystyle \omega ^{2}=\omega _{p}^{2}+\omega _{c}^{2}=\omega _{h}^{2}}$	التذبذب الهجين العلوي
	الأيونات	${\displaystyle \mathbf {B} _{0}=0}$أو${\displaystyle \mathbf {k} \parallel \mathbf {B} _{0}}$	${\displaystyle \omega ^{2}=k^{2}v_{s}^{2}=k^{2}{\frac {\gamma _{e}k_{\text{B}}T_{e}+\gamma _{i}k_{\text{B}}T_{i}}{M}}}$	الموجة الصوتية الأيونية
		${\displaystyle \mathbf {k} \perp \mathbf {B} _{0}}$(تقريباً)	${\displaystyle \omega ^{2}=\Omega _{c}^{2}+k^{2}v_{s}^{2}}$	موجة السيكلوترون الأيونية الكهروستاتيكية
		${\displaystyle \mathbf {k} \perp \mathbf {B} _{0}}$(بالضبط)	${\displaystyle \omega ^{2}={\left[{\left(\Omega _{c}\omega _{c}\right)}^{-1}+\omega _{i}^{-2}\right]}^{-1}}$	التذبذب الهجين السفلي
الكهرومغناطيسي	الإلكترونات	${\displaystyle \mathbf {B} _{0}=0}$	${\displaystyle \omega ^{2}=\omega _{p}^{2}+k^{2}c^{2}}$	موجة ضوئية
		${\displaystyle \mathbf {k} \perp \mathbf {B} _{0}}$،${\displaystyle \mathbf {E} _{1}\parallel \mathbf {B} _{0}}$	${\displaystyle {\frac {c^{2}k^{2}}{\omega ^{2}}}=1-{\frac {\omega _{p}^{2}}{\omega ^{2}}}}$	موجة O
		${\displaystyle \mathbf {k} \perp \mathbf {B} _{0}}$،${\displaystyle \mathbf {E} _{1}\perp \mathbf {B} _{0}}$	${\displaystyle {\frac {c^{2}k^{2}}{\omega ^{2}}}=1-{\frac {\omega _{p}^{2}}{\omega ^{2}}}\,{\frac {\omega ^{2}-\omega _{p}^{2}}{\omega ^{2}-\omega _{h}^{2}}}}$	موجة إكس
		${\displaystyle \mathbf {k} \parallel \mathbf {B} _{0}}$( دائرة اليمين، مستقطبة )	${\displaystyle {\frac {c^{2}k^{2}}{\omega ^{2}}}=1-{\frac {\omega _{p}^{2}/\omega ^{2}}{1-(\omega _{c}/\omega )}}}$	موجة R (وضع الصفير)
		${\displaystyle \mathbf {k} \parallel \mathbf {B} _{0}}$( دائرة اليسار، مستقطبة )	${\displaystyle {\frac {c^{2}k^{2}}{\omega ^{2}}}=1-{\frac {\omega _{p}^{2}/\omega ^{2}}{1+(\omega _{c}/\omega )}}}$	موجة L
	الأيونات	${\displaystyle \mathbf {B} _{0}=0}$		لا أحد
		${\displaystyle \mathbf {k} \parallel \mathbf {B} _{0}}$	${\displaystyle \أوميغا ^{2}=ك^{2}v_{A}^{2}}$	موجة ألفين
		${\displaystyle \mathbf {k} \perp \mathbf {B} _{0}}$	${\displaystyle {\frac {\أوميغا ^{2}}{k^{2}}}=c^{2}\,{\frac {v_{s}^{2}+v_{A}^{2}}{c^{2}+v_{A}^{2}}}}$	الموجة المغناطيسية الصوتية

(يشير الرمز السفلي 0 إلى الجزء الساكن من المجال الكهربائي أو المغناطيسي، ويشير الرمز السفلي 1 إلى الجزء المتذبذب.)

• سوانسون، دي جي موجات البلازما (2003). الطبعة الثانية.
• ستيكس، توماس هوارد . الموجات في البلازما (1992).
• تشين، فرانسيس ف. مقدمة في فيزياء البلازما والاندماج النووي المتحكم فيه ، الطبعة الثانية (1984).